Блок-стекло является важным конструкционным материалом в повседневной жизни людей, поскольку оно может разделять внутреннюю и внешнюю среду, пропуская свет. Однако теплоизоляционные характеристики стекла плохие, и оно склонно к катастрофическому разрушению при ударе, что приводит к ограниченной ударопрочности и потреблению энергии. Под воздействием внешних температурных изменений и воздействия мусора стекло часто становится самым слабым элементом зданий, транспортных средств и электронных устройств.
Недавно исследовательская группа под руководством профессора Ни Юна и профессора Хэ Линхуэя из Университета науки и технологий Китая предложила биомиметический композитный стеклянный материал с улучшенными универсальными эксплуатационными характеристиками, сочетающий в себе структуру жемчужного слоя оболочки и интеллектуальный материал, затвердевающий при сдвиге. Этот композитный стеклянный материал обладает превосходной теплоизоляцией и ударопрочностью, сохраняя при этом прозрачность. Соответствующие результаты исследования опубликованы в международном журнале Advanced Materials под названием «Одновременное повышение теплоизоляции и ударопрочности прозрачных объемных компаундов».
The pearl layer in natural shells can dissipate energy through the brick sliding mechanism under quasi-static or low-speed impact loading. However, as the impact speed increases, the improvement in the impact resistance of the shell like structure is limited (Figure 1a). On the contrary, shear hardening materials exhibit strain rate related enhancement effects under impact loading, which can dissipate a large amount of impact kinetic energy under high-speed impact (Figure 1b). On the basis of a deep understanding of the rate related mechanical properties of shell like structures and shear hardening materials, the research team constructed biomimetic composite glass materials. This material combines the advantages of low-speed impact resistance of the shell like structure with the strain rate strengthening performance of the shear hardening material. Mechanical simulation analysis shows that the delocalized deformation of the shell like structure panel can further promote the large-scale damage and energy dissipation of the shear hardening sandwich layer. The synergistic energy dissipation effect of shell like structure and shear hardening material shows a 1+1>2, благодаря которому композитное стекло демонстрирует лучшую ударопрочность в более широком диапазоне скоростей удара (рис. 2).
Кроме того, биомиметическое композитное стекло также демонстрирует хорошие теплоизоляционные характеристики. Панель с биомиметической оболочкой уменьшает внеплоскостную теплопроводность за счет специальной структуры компоновки кирпичного раствора и работает вместе с материалами, упрочняющими сдвиг, с низкой теплопроводностью для улучшения теплоизоляционных характеристик биомиметического композитного стекла. По сравнению с широко используемым блочным стеклом, многослойным стеклом и изоляционным стеклом биомиметическое композитное стекло демонстрирует преимущества в комплексных эксплуатационных характеристиках, таких как прозрачность, легкий вес, ударопрочность и теплоизоляция (рис. 1c).
Рисунок 1
фигура 2